Главная Промышленная автоматика.

6.2. Особенности построения КГ

В диапазоне высоких, так же как и в диапазоне средних частот, широко применяются КГ, собранные по емкостной трехточечноД схеме. Эта схема, так же как и в диапазоне средних частот, позволяет создавать простые, экономичные, малогабаритные КГ в диапазоне 30-150 МГц. Резонаторы этого диапазона, как правило, возбуждаются на частотах высших порядко» колебаний третьем, пятом и т. д.

Б генераторах необходимообеспечить устойчивую работу резонатора на нужном порядке колебаний. Для этого необходимо обеспечить селекцию нужной частоты по фазе или по амплитуде. Обес-



Рис. 6.1. Эквивалентная емкостная трехточевдая схема КГ: а - с контуром в цепи эмиттера; б - с коняуром, параллельным кварцевому

резонатору

печить селекцию на частоте можно, включив в схему генератора вместо одного из конденсаторов связи контур, имеющий для частот низших порядков колебаний индуктивную реакцию, а для частоты порядка колебаний, иа котором необходимо обеспечить возбуждение, - емкостную.

Эквивалентная емкостная трехточечиая схема КГ с контуром в цепи эмиттера приведена иа рис. 6.1, а.

Контур L1C3 должен настраиваться так, чтобы на нужной частоте он имел емкостную реакцию, а иа более низких частотах индуктивную.

Для устойчивой работы в широком интервале температур частота настройки контура обычно выбирается из условия /рез < < (O.O-O.Sj/r. При более высокой частоте настройки контура возрастают изменения частоты и напряжения генератора из-за изменения Z.1 и Сд.

Чтобы обеспечить иа частоте колебания, ближайшего к рабочей частоте и расположенного ниже рабочей, индуктивную реакцию контура, необходимо, чтобы резонансная частота контура удовлетворяла условию

/рез> У/г/п-2. (6.1)

где fn~t - частота порядка колебаний, ближайшего к рабочему.

Этимн условиями обеспечиваются емкостная реакция контура иа частоте генератора /р н индуктивная реакция на частотах более низкого порядка. Элементы контура выбирают нз соотношений:

С, = fr",.,; (6.2)

1-(/рез г)= 1

С, (2я/г)=(/рез г)

(6.3)

----

--.01

сг

Рис. 6.2. Схема КГ с амплптудиой селекцией .гармоник

где Сэ.к - емкость обратной связи, включаемая между эмиттером н коллекторо.м транзистора Т1, определенная при расчете схемы генератора.

Обеспечить работу резонатора на нужном порядке колебаний можно и с помощью включенного последовательного контура (или нескольких контуров), настроенного на частоту колебаний низшего порядка. Вариант такой схемы генератора приведен на рис. 6.1, б.

Контур LlCl настроен на частоту колебаний первого порядка п представляет собой для нее небольшое активное сопротивление. Таким образом, фазовые соотношения для колебаний первого порядка ие выполняются и в генераторе отсутствует возможность возбуждения на этой частоте.

Для колебаний третьего порядка контур CiLl представляет собой эквивалентную индуктивность. Селекция частоты по амплитуде основана на создании условий, при которых амплитудные соотношения выполняются лишь для нужной частоты. Это может быть при создании частотно-зависимой ббратной связи либо изменением величины потерь, вносимых в цепь резонатора иа различных частотах. Более широко используется второй способ. Примером реализации способа внесения различных по величине потерь на различных частотах может служить эквивалентная схема КГ, приведенная иа рис. 6.2. Параллельно резонатору Пэ1 включается резистор R1. Отстройка частоты генератора от частоты последовательного резонанса будет различной для колебаний различных порядков, т. е. эквивалентное сопротивление резонатора будет различным для разных порядков колебаний. Сопротивление резистора R1 выбирается из условия обеспечения максилгальных потерь, вносимых в цепь резонатора на колебании л -2-порядка (л - номер колебания, иа котором необходимо возбуждение резонатора). Так, при работе резонатора на колебаниях третьего порядка Ri должно обеспечить внесение максимальных потерь в цепь резонатора иа частоте первого порядка колебаний.

Для определения сопротивления воспользуемся соотношением

/?1 = (1 3) (Ci + Cj)/2!t/n-s CiCj.

Включение Rl широко применяется при интегральном исполнении КГ и работе резонаторов иа колебаниях бплоть до 17-го порядка

[122]. При разработке высокочастот -----------"

меры к устраиеиню шунтирующего

К1 и работе резонаторов иа колебаниях бплоть до i/-ro порядка [122]. При разработке высокочастотных КГ необходимо принимать меры к устраиеиню шунтирующего влияния иа резонатор емкости



u a •j

7 1 1 111° 1 1

о-". - - о - - - о о" о о о о ° о

SlOrtOlOOOOtO

«

о «о «о о о От-ч<5со«оооо

с *o

«о 00 М 1Л 1Л м S - - <N ~" Ы <N

£

1Л m ю ю LO LO ю

ю lo 2 ::::::§ g

о о о" о о о о о о

П ff !!

Я CJ

a си

at u

Co, как правило, на частотах выше 100 МГц. Применяются способы нейтрализации и компенсации статической емкости, причем наиболее широко - способ компе11сации как простой и эффективный.

Компенсация Сд осуществляется подключением параллельно резонатору катушки с определенной индуктивностью, значение которой выбирается из условия равенства реактивных сопротивлений Со н катушки (по абсолютному значению) на частоте генерации.

Следует отметить, что при осуществлении селекции частоты включением последовательного ко1гтура параллельно резонатору (см. рис. 6.1, 6) элементы контура CjLi должны выбираться так, чтобы иа частоте генератора эквивалентное реактивное сопротивление контура равнялось реактивному сопротивлению Сд.

Для того чтобы резонансная частота контура была равна частоте основного колебания резонатора, а для колебаний третьего порядка этот контур имел бы эквивалентное реактивное сопротивление, равное Хс , необходимо Ц = 9/8соСо, Cj =

В табл. 6.6 приведены ориентировочные значения параметров для КГ, построенного по емкостной трехточечной схеме. Расчет проведен при крутизне характеристики транзистора S = 50 мА/В, коэффициенте запаса по возбуждению Ка = 2, коэффициенте обратной связи Ко = 0,5 и средних значениях т, и С,.

Так же как и в диапазоне средних частот, высокочастотные КГ выполняются и по схеме с резонатором в цепи обратной связи. В них примеляются компенсация Со и селекция нужной частоты, резонатора. В качестве элементов активной части высокочастотных КГ используются транзисторы, микросхемы по частотным свойствам удовлетворяющие условию fs > /г. позволяющие получить устойчивую работу КГ.

Уменьшение емкостного отношения т резонаторов пропорционально квадрату номера порядка колебаний приводит к аналогичному уменьшению пределов перестройки частоты резонатора в генераторе. Поэтому, если к КГ предъявляется требование установки номинальной частоты, ее коррекции в процессе эксплуатации, то в таких генераторах лучше использовать резонаторы с колебаниями третьего порядка.

6.3, Практические схемы КГ

Рассмотренные варианты схем КГ позволяют создать малогабаритные стабильные генераторы, работающие во всем диапазоне высоких частот, обеспечивая параметры, удовлетворяющие требованиям разнообразной аппаратуры; КГ (рнс. 6.3) выполнен иа транзисторе Т1. Каскад на транзисторе Т2 буферный,.уменьшающий реакцию иагрузкн па частоту генератора. Генератор устойчиво работает при использаванни резонаторов, работающих с колебаниями третьего и пятого порядков на частотах до 150 МГц. Селекция нужной частоты осуществляется с помощью контура L2C5. Элементы контура L2 и С5 рассчитываются, исходя из необходимасти обеспечения нпдуктнпной реакции для колебаний низшего порядка. Например, прн работе на частоте =90 МГц и использовании резонаторов с колебаниями третьего порядка резонанс1гая частота контура должна быть /рез > У/г /«-2 > У 90 • 30 > 52 МГц. С дру-



гой стороны, резонансная.частота контура должна выбираться нз условия /рез = (0,6-=-0,8)/г. Таким образом, /рез = 544-72 МГц. Из табл. 6.6 находим, что эквивалентная емкость контура Сэ.„ = = 36-I02 пФ. Из (6.1) получим . C5=(36-f-102)/[1-(54-г72/90)2] = = 56 пФ-280 пФ. Из t6.3) индуктивность контура 7-2 = (0,155-0,031) мкГн.

Прн работе на частоте 150 МГц н использовании резонаторов с колебаниями пятого порядка резонансная частота контура должна

У/г/п-2 > 1/150 • 90 > 117 МГц,

удовлетворять условиям /ррз

~~7л


Рис. 6.3. Схема КГ с фазовой селекцией нужной гармоники

Т. е. резонансная частота контура должна выбираться из соотноше-ння/рез= (0,6-н0,8)/р = (0.64-0,8) . 150 = (904-120) МГц. Таким образом, резонансная частота контура должна быть 117-120 МГц. С учетом данных табл. 6.7 емкость контура

„ Сэ.к 14-38

1-(/рез г) = 1 + (117 4- 120/150) =39-126пФ. Из (6.3) индуктивность контура La = [Cs (2л/г)2 (JpJfг)]- = [ (39 - 126) • 10-1» (2 • 3.14 X X 150 10«)2(117 - 120/150)2]-! = (0,08 - 0,03) мкГн.

Аналогично определяются Lj и для любой частоты в диапазоне 30-150 МГц. Ориентировочные значения емкости выбираются в соответствии с данными табл. 6.6. Резистор R1 предотвращает паразитное возбуждение через статическую емкость резонатора, R2, R3, R5 обеспечивает термостабнлнзацню рабочей точки и необходимый режим по постоянному току транзистора Т1. Нагрузкой Т1 служит резистор R4, с которого напряжение высокой частоты через разделительный конденсатор СЗ подается на вход усилительного каскада на транзисторе Т2. Конденсаторы С1 и С4 - разделительный н блокировочный соответственно.

Резисторы R6, R7 н R8 служат для обеспечения необходимого режима транзистора Т2, конденсаторы С6 н С9- блокировочные, R9 С.1УЖ11Т для обеспечения устойчивости работы усилительного


Рис. 6.4. Схема КГ с кварце, вым резонатором в цепи обратной связи

каскада (предотвращения возбуждения). Контур L3C7C8 обеспечивает фильтрацию высших гармоник и согласование с нагрузкой.

Если нет необходимости в установке рабочей частоты генератора н ее ксу)рекцнн прн эксплуатации, то индуктивность L1 можно исключить.

Поскольку перестройка частоты резонаторов, особенно вверх относительно частоты последовательного резонанса, пря использовании колебаний высших порядков затруднительна, то целесообразно частоту резонаторов выбирать несколько выше рабочей час-юты генератора. Обычно разность частот резонатора и генератора выбирается равной половине илн полно.чу значению неточности настройки резонаторов. На частотах выше 150 МГц установить номинальную частоту и ее коррекцию при эксплуатации практически невозможно.

Емкостная трехточечная схема с амплитудной селекцией частоты выполняется аналогично приведенной на рис. 6.3. Контур L2e5 исключается, ёмкость Cj представляет собой уже емкость

Сопротивление Ri подбирается при регулировке нз условия обеспечения максимальных вносимых потерь на той частоте, на Которой генератор ие должен работать.

Как уже было сказано, кроме емкостной трехточечной схемы в диапазоне высоких частот применяются и схемы с кварцевым резонатором в цепи обратной связи. Такие схемы позволяют обеспечить ту же мощность в нагрузке при меньшей мощности, рассеиваемой иа резонаторе, по сравнению с емкостными, трехточечными схемами. Однако КГ. собранные по схеме с резонатором в цепи обратной связи, имеют худшую стабильность частоты, что необходимо учитывать при выборе его схемы.

На рис. 6.4 приведена схема КГ с резонатором в цепи Обратной связи, параметры элементов приведены для частоты примерно 100 МГц. Катушка индуктивности Ln включена для компенсации статической емкости резонатора. Генератор устойчиво работает на частотах до 250-300 МГц,

Стремление к интегральному исполнению поставило задачу создания высокочастотных КГ без применения катушек и даже конденсаторов.

Схема КГ без индуКтивностей и емкостей, работающего на частотах до 300 МГц [139]. приведена иа рнс. 6.5. Генератор выполнен на двух траизисторах, Т1 и Т2. Сопротивления Ri, R3 выбира-К)тся таким образом, чтобы с учетом входных н выходных проводи-мостей транзисторов (входной и выходной емкости) амплитудные и фазовые соотношения выполнялись на нужной частоте.

При = /?2 = 300 Ом и /?а = 500 Ом генератор работает на частоте 154 МГц. При включении между базой транзистора Т1 и общей точкой схемы ёмкости около 7 пФ н значениях элементов Ri - = 300 Ом, Rl = 1 кОм, = 2 кОм генератор работает на частоте 223 МГц, Для высокочастотных КГ, построенных без применения





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [11] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

0.0037